煤礦通風機通風失穩控制及系統改造

李沂瑋

（潞安集團寺家莊有限責任公司，山西 昔陽 045399）

引言

據統計表明，煤礦瓦斯事故在所有事故中的占比較大，其均是由于瓦斯積聚而且工作面通風能力無法滿足實際生產需求所導致。可見，工作面通風系統的可靠性和穩定性對于保證生產的安全性具有重要意義。煤礦通風機的可靠性可歸納為保證通風量與各個生產能力相匹配；工作面通風設施布置合理，抗災能力強；通風機運行故障少、工況合理、運行效率高[1]。本文將著重對通風機在實際工況中的失穩現象進行研究，并以實例研究針對性的提出改造方案。具體闡述如下：

1 工程概況

本文所研究某煤礦在當前生產狀態下對應的總進風量為10 732 m3/min。經專業團隊測量可知，該煤礦瓦斯的絕對涌出量為17.75 m3/min，相對涌出量為11.73 m3/t。為保證生產的安全性，在采取最基本的通風措施外，從開采初期通過瓦斯抽放系統對煤層的瓦斯進行抽放，經統計每年約抽放瓦斯的量為200萬m3。

根據《煤炭安全規程》的相關規定，需對工作面正在運行的通風機每月檢修一次，而且在檢修期間將主通風機切換至備用通風機。該煤礦采用人工手動方式實現主通風機與備用通風機的切換，即需對主通風機停機后才能倒至備用通風機工作。通過分析在停機倒機過程中工作面瓦斯量進行監測，在停機倒機過程中瓦斯量超限。經分析，導致瓦斯超限的主要原因為在停機倒機過程中工作面通風出現失穩，導致瓦斯積聚。同時，工作面通風失穩時間與停機到倒機的時間成正比[2]。除此之外，在倒機過程中存在備用通風機無法正常啟動的可能性，從而導致工作面通風系統停機時間過程，帶來極大的安全隱患。因此，針對通風失穩現象所帶來的安全隱患，需從以下幾個方面解決問題：

1）解決在停機倒機過程中通風失穩的問題，避免通風系統倒機過程中的瓦斯積聚現象；

2）提高備用通風機啟動的成功率，并重點消除可能導致備用通風機無法正常啟動可能性；

3）進一步強化對工作面的監控精度和及時性。

2 通風失穩控制方案的確定

對于瓦斯礦井而言，即便時在停機倒機過程中工作面通風系統無法正產進行通風3~5 min也會導致工作面瓦斯積聚甚至超標的問題。因此，通過實現通風系統在停機倒機過程中仍可保證風量的持續供應是解決工作面通風失穩的突破口。在充分論證分析的基礎上，提出如下三種方案對工作面通風的失穩進行控制，具體如下：在停機倒機過程中對風葉角度進行在線調節，在停機倒機過程中對電機進行變速調節，在停機倒機過程中對風門開度進行調節。三種方案的對比分析如下：

風葉角度在線調節方案：基于該方案對工作面通風失穩進行控制，首先要求主通風機具備葉片的在線調控功能。目前，該煤礦所采用的主通風機不具備上述功能，若采用該方案還需更換主通風機；而且，基于該方案雖然能夠實現通風機的輕載啟動，但是無法從根本上解決在停機倒機過程中通風動力不連續的問題[3]。

電機變速調節方案：該方案的核心在于將主通風機電機的轉速逐漸減小，與此同時啟動備用通風機。該方案能夠保證工作面在停機倒機過程中通風動力的連續。但是，不足之處在于電機變速調節裝置昂貴，且存在通風風路短路的問題。

風門開度調節方案：其核心思路為對通風機的風道進行改造，并增加對空短路風門。具體操作為：在主通風機停止前就啟動備用風機，并通過對主通風機和備用通風機的四個風門開度進行調節以確保工作面通風穩定。總的來講，采用此方案對工作面通風失穩控制的成本較低且具有一定的可行性；但是，采用該方案存在通風機設備進入喘振區和風路短路的可能；而且，在一定風壓下對風門開度進行調節存在一定的難度。

綜合對比上述三種對通風失穩的控制方案，結合方案的有效性、可行性以及成本等因素，最終選擇采用對風門開度調節實現對工作面通風失穩問題的控制。

3 通風系統的改造

對工作面通風失穩控制方案進行綜合比對，本節將具體分析采用風門開度調節方案實現對通風失穩進行控制的措施。

在煤礦通風機兩側的風道上均加設立式掛網風門和對空水平短路風門。同時，鑒于煤礦環境相對惡劣，為了避免風門由于銹蝕無法進行調節的問題，還急需保留原通風機的立式閘板風門。該項措施的核心除了可實現備用通風機的預熱外，還可解決通風系統風路短路的問題。主通風機風門改造前后對比如圖1所示：

圖1 主通風機風門改造前后對比

基于上述改造后，在停機倒機過程中當主通風機掛網運行時，對應的掛網立式風門處于打開狀態，而對空水平短路風門處于關閉狀態，具體如圖2所示：

圖2 主通風機掛網運行時各風門的工作狀態

當備用通風機有冷備用切換為熱備用的工作狀態時，對應的對空水平短路風門處于打開狀態，而掛網立式風門處于關閉狀態，確保備用通風機可正常啟動，具體如圖3所示：

圖3 通風機熱備用運行時各風門的工作狀態

與此同時，為了解決通風機停機倒機切換過程中風門開度帶壓進行調節存在極大的阻力，導致無法快速且方便的實現對風門開度調節的問題，對待調節風門采用百葉窗式的結構的改造。而且，基于百葉窗式結構的風門在調節過程中還可解決通風機偏流導致其振動劇烈的問題[4]。

除此之外，為提升通風失穩控制效果，為其配置監控系統。采用上述改造方案對實際改造效果進行對比，著重對停機倒機過程中工作面的風速和瓦斯濃度進行對比，對比結果如圖4所示：

圖4 改造效果對比

如圖4所示，采用對風門開度調節的思路對通風失穩進行控制，經實踐表明：采用該方案在停機倒機過程中工作面的風速波動減小，且不超過10%；同時，在停機倒機過程中工作面瓦斯濃度最高限制始終報警線。總的來講，基于風門開度調節的思路可對通風失穩問題得到有效控制。

4 結語

通風機作為工作面的核心設備，根據《煤炭安全規程》的要求需每月對通風機進行檢修，為解決在檢修時停機倒機過程中工作面通風失穩的問題，本文提出采用對通風機風門開度調節的思路在現有基礎上增加立式掛網風門和對空水平短路風門，從而在停機倒機過程中通過對兩類通風機四個風門的協調控制解決通風失穩的問題[5]。經實踐表明，采用上述思路可有效解決通風失穩的問題，具體表現為：在停機倒機過程中工作面風速波動不超過10%，而且工作面瓦斯濃度始終低于1%。